王雪++劉大敏

摘 要：在制造業(yè)機(jī)械手是一個(gè)非常有名氣的詞組，機(jī)械手是自動(dòng)化生產(chǎn)線上不可缺少的一部分，它的出現(xiàn)使生產(chǎn)行業(yè)更方便更快捷，它的優(yōu)勢(shì)就是靈活、運(yùn)動(dòng)慣性小，可以代替人手去完成相應(yīng)的工作，而在大型機(jī)床上也有機(jī)械手的應(yīng)用，它是附著在機(jī)床桁架上，通過(guò)分析機(jī)械手在生產(chǎn)中的應(yīng)用，總體布局，以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，最終確定機(jī)床桁架機(jī)械手，而在制造行業(yè)內(nèi)，通過(guò)機(jī)床桁架機(jī)械手的應(yīng)用，提高了機(jī)床的自動(dòng)化程度，同時(shí)也增加了機(jī)床加工中的安全性、可靠性。

關(guān)鍵詞：機(jī)構(gòu)分析；機(jī)械手；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.總體結(jié)構(gòu)

機(jī)床桁架機(jī)械手的設(shè)計(jì)和分析，可以從兩部分分析，一部分是桁架，另一部分是機(jī)械手，對(duì)于桁架的分析，可以簡(jiǎn)化成梁的分析，它的機(jī)構(gòu)就類似于力學(xué)當(dāng)中的結(jié)構(gòu)梁，從力學(xué)的角度分析，可以將機(jī)床桁架與簡(jiǎn)支梁做橫向?qū)Ρ?，可以通過(guò)簡(jiǎn)支梁的彎矩圖分析桁架，增加機(jī)械手對(duì)桁架的作用力，我們可以畫(huà)出如圖1所示的力學(xué)分析圖。在機(jī)床上桁架機(jī)械手有著很高的要求，要求機(jī)械手有著效率高、可靠性強(qiáng)的要求，對(duì)于桁架的立柱選擇，它要使桁架支撐穩(wěn)定，同時(shí)也要節(jié)省機(jī)床的整體空間，而對(duì)于大多數(shù)立柱的結(jié)構(gòu)，都選取鋼結(jié)構(gòu)。

2.機(jī)械手及手臂

2.1 機(jī)械手

桁架機(jī)械手的作用就是起到運(yùn)輸?shù)淖饔?，它是使工件在上下料的軌道與機(jī)床內(nèi)之間移動(dòng)，將加工后的零件從機(jī)床上拿出，再將要加工的零件從軌道上拿起，放到機(jī)床上。主要的動(dòng)作就是：爪張開(kāi)，抓取，升降，左右移動(dòng)。對(duì)于機(jī)械手的手爪設(shè)計(jì)有很多種方案和形式，可以根據(jù)不同的需求，選擇不同的設(shè)計(jì)方法。如圖2所示。

（1）機(jī)械自鎖手爪：對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者們非常喜歡，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)很受消費(fèi)者的喜歡，它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是在對(duì)抓取上也做了復(fù)雜的設(shè)計(jì)，為了防止在夾持零件時(shí)候脫落，增加了自鎖裝置。

連桿杠桿式手爪：這種結(jié)構(gòu)可以從名字上得到啟發(fā)，它的設(shè)計(jì)就是利用機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)連桿和杠桿的傳遞，使手爪夾持和松開(kāi)，但這種機(jī)構(gòu)有一個(gè)缺點(diǎn)，就是夾持力比較大。

齒輪齒條式手爪：這種機(jī)構(gòu)的傳遞性最好，動(dòng)作反應(yīng)速度最快，它是通過(guò)齒輪之間的傳動(dòng)來(lái)控制手爪，可以實(shí)現(xiàn)速度上的突破。

2.2 手臂

對(duì)于桁架上機(jī)械手的手臂設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮機(jī)械手臂的載荷，在運(yùn)動(dòng)上要實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，但在機(jī)構(gòu)上也要能承受力。在機(jī)床桁架上的機(jī)械手一般做直線運(yùn)動(dòng)，所以在考慮手臂設(shè)計(jì)時(shí)候，一般選擇液壓直接驅(qū)動(dòng)手臂，在機(jī)械手臂的液壓缸選用上，要使液壓缸的直徑大一些，這樣手臂的整體強(qiáng)度比較高，而對(duì)于液壓缸的校核可以通過(guò)以下公式進(jìn)行核對(duì)：

活塞桿直徑的校核公式：

式中：F——活塞桿上的作用力；[σ]——活塞桿材料的許用應(yīng)力。

缸體壁厚的校核公式：

式中：D——缸筒內(nèi)徑；py——缸筒的試驗(yàn)壓力。

桁架機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)為機(jī)械手在桁架上做水平運(yùn)動(dòng)，到達(dá)指定位置后，機(jī)械手下降運(yùn)動(dòng)，手爪夾緊工件，帶動(dòng)工件上升，逆向運(yùn)動(dòng)，將零件放置到軌道上，手爪松開(kāi)，在這個(gè)期間內(nèi)，有幾個(gè)位置PLC控制限位器，分別在機(jī)械手的下降和上升停止的時(shí)候。在機(jī)械手將零件從機(jī)床夾持時(shí)候，下一個(gè)工件到待定區(qū)域，機(jī)械手結(jié)束這個(gè)動(dòng)作后，回到待加工零件位置處，機(jī)械手下降，夾持零件，將零件放置到機(jī)床內(nèi)，機(jī)械手回到初始位置，PLC停止脈沖輸出，機(jī)床進(jìn)行加工，機(jī)械手完成運(yùn)動(dòng)，桁架機(jī)械手往返做以上運(yùn)動(dòng)。

3.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

對(duì)于機(jī)床桁架機(jī)械手驅(qū)動(dòng)方式的選擇可分為回轉(zhuǎn)型和移動(dòng)型，是通過(guò)手指的方法區(qū)分，要是通過(guò)機(jī)械手夾持的不同可以分為內(nèi)外兩種。

（1）氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式：這種控制方式是通過(guò)電磁閥來(lái)控制機(jī)械手，在通過(guò)利用氣流調(diào)節(jié)閥來(lái)控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度，這種驅(qū)動(dòng)的成本比較低，因?yàn)榈玫綒怏w成本低。

（2）電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式：在機(jī)床桁架機(jī)械手設(shè)計(jì)上，這種驅(qū)動(dòng)方式使用最頻繁，因?yàn)闄C(jī)床也需要用電，而這驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只是需要利用電機(jī)，就可以達(dá)到速度上的控制。

（3）液壓驅(qū)動(dòng)方式：液壓驅(qū)動(dòng)方式是通過(guò)液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，它的好處就是可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)位置控制，同時(shí)傳動(dòng)剛度也大，液壓驅(qū)動(dòng)一般選擇液壓馬達(dá)作為動(dòng)力源，液壓驅(qū)動(dòng)元件的特點(diǎn)見(jiàn)表1。

結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)不斷地發(fā)展，勞動(dòng)力成本的不斷提升，機(jī)床在自動(dòng)化行業(yè)歡迎程度也隨之提高，但同時(shí)也要將機(jī)床的配套設(shè)施提高上去，尤其對(duì)于生產(chǎn)大批零件，機(jī)械手也變得尤為重要。對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)，機(jī)械手的發(fā)展速度還是不是很快，對(duì)于機(jī)械手的控制上要采用PLC控制是最方便的，而對(duì)于機(jī)械手的發(fā)展要不斷去開(kāi)發(fā)，團(tuán)結(jié)思想，通過(guò)集體設(shè)計(jì)者們的努力，不要客觀地設(shè)計(jì)，要將多元素有機(jī)結(jié)合起來(lái)。

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